基于VR技術(shù)的體育課堂教學(xué)實踐研究
——以高爾夫球項目為例

盧 劼

（浙江金融職業(yè)學(xué)院體育軍事部，浙江 杭州 310018）

基于VR技術(shù)的體育課堂教學(xué)實踐研究
——以高爾夫球項目為例

盧 劼

（浙江金融職業(yè)學(xué)院體育軍事部，浙江 杭州 310018）

將VR技術(shù)應(yīng)用于體育教學(xué)實踐，利用高爾夫球仿真模擬器與高爾夫球課堂教學(xué)相結(jié)合開展虛實結(jié)合的教學(xué)實踐，采用實驗法、問卷調(diào)查法、數(shù)據(jù)統(tǒng)計法等方法，通過分班教學(xué)、對比分析，就VR技術(shù)對提升體育課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果方面的作用和優(yōu)勢進(jìn)行研究，結(jié)果證明：VR技術(shù)有助于體育課堂教學(xué)從原來的單一模式向多元化教學(xué)模式轉(zhuǎn)化，使教學(xué)手段更加豐富多樣，對改善高爾夫教學(xué)環(huán)境、克服場地不足、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、實現(xiàn)虛實結(jié)合、提高教學(xué)質(zhì)量和運動成績等方面有著巨大的優(yōu)勢和發(fā)揮余地。

VR技術(shù)；虛實結(jié)合；體育課堂；高爾夫球；教學(xué)實踐

隨著課堂教學(xué)改革的深入和現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，應(yīng)運而生的計算機互動技術(shù)已在運動訓(xùn)練和體育課堂教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality）是在多媒體技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的又一種新型的教學(xué)媒體應(yīng)用技術(shù)，是由計算機生成的、模擬人類感知世界的實時情境呈現(xiàn)，有時也被稱為虛擬環(huán)境。這里的“世界”是指具有真實感的立體圖形，它既可以是某種特定現(xiàn)實世界的真實再現(xiàn)，也可以是構(gòu)想的世界[1]。參與者可以通過自身的感官體驗與之交互，如觸覺、聽覺和視覺等方面，從而實現(xiàn)情境重現(xiàn)和數(shù)據(jù)分析，因此VR技術(shù)為人機交互、虛實結(jié)合的教學(xué)情境提供了交互媒介和新的支持平臺（見圖1）。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種全新的教學(xué)媒體，不僅能讓參與者獲得真實情境中的真實感受和體驗，還能通過系統(tǒng)反饋體驗者的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)以及感知信息，并進(jìn)行儲存和優(yōu)化分析，幫助體驗者糾正不足，發(fā)揮優(yōu)勢，促使其進(jìn)步和提高。

圖1 基于虛擬現(xiàn)實的教學(xué)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

目前，國外已有研究將VR技術(shù)實驗運用于不同體育項目的教學(xué)過程中，并根據(jù)項目的特點建立了不同的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，如VR Baseball、VR Tennis和VR Snow等。有些國家還將VR技術(shù)引入到了高水平運動隊的日常訓(xùn)練和成績測試環(huán)節(jié)，如美國國家雪橇隊運用仿真雪橇裝置進(jìn)行賽前仿真賽道的體驗，測算運動心理狀態(tài)和比賽成績等[2]。在使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)之后，相應(yīng)的運動成績在不同程度上都得到了一定的提高。

近幾年，虛擬現(xiàn)實在國內(nèi)很多高校已成為熱點話題，不少高校對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在一些學(xué)科建設(shè)和教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行不同層次的研究。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育運動項目教學(xué)方面的開發(fā)與應(yīng)用也在逐漸興起，特別是在Golf項目的教學(xué)方面的作用開始呈現(xiàn)。本文旨在通過對高爾夫球虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，將其運用到體育教學(xué)實踐中，對比分析這一虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育課堂中的運用對提升課堂教學(xué)效果、促進(jìn)運動技能學(xué)習(xí)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等方面是否有顯著的作用，并根據(jù)學(xué)校教學(xué)的特點、需求以及教學(xué)條件提出相關(guān)技術(shù)運用方面改進(jìn)的意見和建議，為今后虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠更加切合實際的運用到學(xué)校體育課堂教學(xué)中來提供幫助。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象以基于VR技術(shù)的體育課堂教學(xué)實踐為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法通過查閱CNKI、維普等相關(guān)數(shù)據(jù)庫，搜集有關(guān)書籍和論文，以“VR技術(shù)”、“體育課堂”、“高爾夫球教學(xué)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索和篩選文獻(xiàn)20余篇。通過文獻(xiàn)資料的收集和整理，為課題研究提供可靠的理論依據(jù)，項目研究中所需的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)也從搜集的文獻(xiàn)資料中獲得。

1.2.2 專家訪談法對杭州市高校體協(xié)秘書長翁惠根教授、西湖國際高爾夫球高級教練佟麗、浙江省育英體育有限公司總經(jīng)理吳子敬等相關(guān)體育部門、設(shè)備廠家、高爾夫球培訓(xùn)機構(gòu)的專家和人員通過訪談、座談等形式，針對課題中的VR技術(shù)在高爾夫球教學(xué)中運用的必要性、可能性、構(gòu)建要素等環(huán)節(jié)廣泛收集有關(guān)意見和建議。

1.2.3 實驗法

1.2.3.1 實驗對象 選取浙江金融職業(yè)學(xué)院體育選項課中的80名從未練習(xí)過高爾夫球的在校學(xué)生作為實驗對象，其中男子40人，女子40人。隨機分為實驗組和對照組，每組40人，其中男子20人，女子20人。實驗時間從2015年9月到12月，實驗組和對照組課程學(xué)時都為36課時。

1.2.3.2 實驗儀器 Visualswing（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）高爾夫球模擬器是目前較為先進(jìn)的第4代高爾夫虛擬現(xiàn)實設(shè)備，主要由硬件和軟件系統(tǒng)2個部分構(gòu)成。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的硬件系統(tǒng)包括3D立體超高速實拍系統(tǒng)，利用3D立體超高速偵測技術(shù)和攝影追蹤技術(shù)，采用先進(jìn)的三維高速成像還原方法測量同時抓取球桿及高爾夫球的各項參數(shù)?；竟δ馨ǎ?）100%還原擊球的真實性和準(zhǔn)確性；2）能夠同時測量球桿和球的所有飛行參數(shù)，包括球的旋轉(zhuǎn)及起飛角等；3）全球160個巡回賽球場庫可供選擇；4）GPS技術(shù)和三維建模技術(shù)無差別地還原真實球場；5）圖形化顯示球道軌跡和揮桿數(shù)據(jù)；6）全面的揮桿數(shù)據(jù)分析及球桿統(tǒng)計；7）支持左右手同時擊球；8）強大的在線聯(lián)網(wǎng)功能，讓世界各地球手可以輕松在線比賽；9）多國語言自由切換。

另外，它的軟件系統(tǒng)包括GPS定位部分、3D全高清建模和數(shù)據(jù)分析部分。該系統(tǒng)運用GPS數(shù)據(jù)，獲取與真實球場完全一致的各項參數(shù)，然后通過3D擬真制圖技術(shù)實現(xiàn)三維模擬場景，并通過數(shù)據(jù)對比、慢速播放、畫線分析等全方位地對高爾夫球技術(shù)進(jìn)行分析，達(dá)到真實情境的效果[3]。

1.2.3.3 實驗控制 將參與高爾夫球?qū)W習(xí)的學(xué)生分為對照組和實驗組，在相同的體育課程時間里，實驗組在教學(xué)過程中運用虛擬現(xiàn)實高爾夫球仿真模擬設(shè)備進(jìn)行教學(xué)。每次課分為2個部分：1）學(xué)生通過VR高爾夫球技術(shù)進(jìn)行虛擬現(xiàn)實的動作體驗，從感官上和實踐中體會教師所講的動作要領(lǐng)，3D演示中了解高爾夫球揮桿技術(shù)的特點，并經(jīng)過數(shù)據(jù)的直觀體現(xiàn)來反思自身的問題所在；2）通過到普通場地上進(jìn)行高爾夫球揮桿技術(shù)實訓(xùn)，由教師對基本動作進(jìn)行指導(dǎo)及糾錯。對照組由同1個教師采用傳統(tǒng)的體育課教學(xué)模式，授課內(nèi)容和測試評價與實驗組相同。

1.2.3.4 實驗內(nèi)容 實驗前對實驗對象進(jìn)行與高爾夫球運動相關(guān)的身體基本運動能力素質(zhì)測試，包括立定跳遠(yuǎn)、50m跑、1min仰臥起坐、仰式平板支撐。實驗后再對實驗對象進(jìn)行第2次相同素質(zhì)項目的測試，同時邀請3位國家級高爾夫球?qū)Ｂ毥叹氉鳛樵u委，對每個學(xué)生動作運用的合理性和美觀度、擊球遠(yuǎn)度和角度等技術(shù)動作進(jìn)行評分，3位評委各自評判，以平均分為最終得分。為避免各種可能的干擾，評分過程中采取實驗組與對照組學(xué)生隨機出場的方式進(jìn)行。評分項目為木桿開球、7號鐵桿的擊高遠(yuǎn)球、推桿入洞。

1.2.4 數(shù)理統(tǒng)計法對通過實驗獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計，為相關(guān)分析提供數(shù)據(jù)支撐，同時對搜集的數(shù)據(jù)資料、實踐總結(jié)進(jìn)行綜合分析和條理化歸納，形成研究結(jié)論。

2 結(jié)果與分析

Visualswing的實戰(zhàn)仿真技術(shù)與體育課程的教學(xué)與訓(xùn)練有著非常多的切合點，對身體基本能力、動作準(zhǔn)度和穩(wěn)定性等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采樣和分析，利用這些功能可以實現(xiàn)高爾夫球虛擬現(xiàn)實相結(jié)合的教與學(xué)，實現(xiàn)體育課程線上線下的融合，實現(xiàn)不同地區(qū)的學(xué)生可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行異地切磋訓(xùn)練，從而激發(fā)學(xué)生體育訓(xùn)練的熱情，在不同的能力提升內(nèi)容中，發(fā)揮出各不相同的促進(jìn)作用。

2.1 高爾夫球虛擬現(xiàn)實技術(shù)對基本運動素質(zhì)提升作用較小對照組與實驗組在體育課程高爾夫球項目的學(xué)習(xí)前和學(xué)習(xí)后所測得的基本身體素質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)分別見表1和表2。

表1 實驗前后對照組基本身體素質(zhì)（x±s）

表2 實驗前后實驗組基本身體素質(zhì)（x±s）

表1、表2數(shù)據(jù)顯示：通過高爾夫球課程的學(xué)習(xí)，2個組學(xué)生的基本運動素質(zhì)如核心力量、速度、爆發(fā)力等方面都有不少的進(jìn)步，說明高爾夫球項目的學(xué)習(xí)對學(xué)生身體素質(zhì)的提升起到了促進(jìn)作用。從2個組學(xué)生進(jìn)步程度的對比上看，實驗組大于對照組，通過獨立樣本t檢驗驗證P＞0.05，差異不具有顯著性，說明高爾夫球虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教學(xué)手段較傳統(tǒng)教學(xué)方法在體育課程教學(xué)實踐的過程中對于促進(jìn)和改善學(xué)生基本運動素質(zhì)能力方面沒有特別明顯的作用。

2.2 高爾夫球虛擬現(xiàn)實技術(shù)對揮桿擊球技術(shù)提高作用較大表3為實驗組與對照組的學(xué)生在練習(xí)高爾夫球后所測得的3個技術(shù)動作的得分?jǐn)?shù)據(jù)。

表3 對照組與實驗組技術(shù)動作得分表（x±s）

表3數(shù)據(jù)顯示：實驗組技術(shù)評分均為8.14分，對照組技術(shù)評分均為7.71分，實驗組在技術(shù)運用的合理性、美觀度等方面的綜合得分明顯高于對照組。通過獨立樣本t檢驗顯示：實驗組與對照組在3個技術(shù)動作上得分的差異性有統(tǒng)計學(xué)意義，說明高爾夫球虛擬現(xiàn)實技術(shù)手段在教學(xué)過程的運用效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的技術(shù)動作教學(xué)方法，且在較為枯燥的揮桿擊球教學(xué)中效果尤為明顯。

通過對實驗組的座談，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍對高爾夫球虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的授課方式感興趣，覺得這項技術(shù)的運用使高爾夫球課堂教學(xué)更加生動。被訪談的學(xué)生認(rèn)為，通過運用Visualswing高爾夫球虛擬設(shè)備進(jìn)行教學(xué)和練習(xí)，拓展了自主學(xué)習(xí)的空間，從而激發(fā)了學(xué)習(xí)的主觀能動性；在練習(xí)的過程中能夠更加準(zhǔn)確地掌握關(guān)鍵知識和技術(shù)技能，對快速提升運動水平有很大的幫助。

由此可見，面向高爾夫球虛實結(jié)合的課堂教學(xué)是依據(jù)體育運動技能學(xué)習(xí)特點和認(rèn)知規(guī)律而設(shè)計的一種交互式體驗教學(xué)方式，更多地注重學(xué)生的“自主學(xué)習(xí)”方式的養(yǎng)成和虛實結(jié)合的運動體驗（圖2），為體育教學(xué)實現(xiàn)“因材施教”、全面提高高爾夫球綜合技術(shù)能力提供了新的可能。

圖2 虛實結(jié)合自主學(xué)習(xí)方式的形成過程

2.3 高爾夫球虛擬現(xiàn)實技術(shù)對推桿技術(shù)穩(wěn)定性的提高作用明顯通過對實驗組與對照組在完成課程內(nèi)容學(xué)習(xí)之后，在同一條件下對完成10桿推球入洞的成績進(jìn)行2輪測試對照，結(jié)果測得實驗組平均進(jìn)球數(shù)為6.8個，而對照組的平均進(jìn)球數(shù)只有4.6個，實驗組的平均成績明顯要優(yōu)于對照組，而且實驗組的技術(shù)使用和力度把握整體較好。實驗中不難看出，將高爾夫球VR技術(shù)應(yīng)用于體育課堂教學(xué)，實際上是利用該技術(shù)創(chuàng)建出一個虛擬的學(xué)習(xí)情境（圖3）。學(xué)生在練習(xí)過程中通過與虛擬真實情境的互動而獲得運動學(xué)習(xí)過程中的真實體驗，其過程實際上就是模擬仿真的實踐過程，相比于對知識簡單抽象的記憶，這種學(xué)習(xí)行為更能幫助學(xué)生建構(gòu)知識模型，讓相關(guān)運動知識技能更加具象，從而提高運動成績。

圖3 虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)路徑設(shè)計

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1）VR技術(shù)充分地運用到高爾夫教學(xué)實踐中，其人機互動功能可以增加學(xué)生的新奇體驗，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生從“被動聽講”變?yōu)椤爸鲃訉W(xué)習(xí)”，有助于學(xué)生實現(xiàn)自我管理、自我評價，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

2）在不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計過程中運用相適應(yīng)的VR技術(shù)，設(shè)置不同的評價指標(biāo)，有助于教學(xué)任務(wù)的完成和預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，促進(jìn)高爾夫教學(xué)效率的提升。

3）VR技術(shù)具有動畫虛擬現(xiàn)實的功能，可以在教學(xué)內(nèi)容講解演示過程中，通過直觀的信息傳遞，把教學(xué)中抽象的概念、原理與真實的情景狀態(tài)生動形象地表現(xiàn)出來，有助于學(xué)生獲得直觀、具體的示范，從而更好地掌握技術(shù)要領(lǐng)。

3.2 建議

1）充分發(fā)揮VR技術(shù)對改善高爾夫教學(xué)環(huán)境、克服場地不足，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計等方面的潛在優(yōu)勢，進(jìn)一步加深系統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)實環(huán)境相匹配的系統(tǒng)研究。

2）學(xué)校在教學(xué)硬件設(shè)施建設(shè)過程中需加大投入，從設(shè)備選用、場館建設(shè)等方面加大投入。

3）合理安排課程內(nèi)容設(shè)計，熟練掌握VR技術(shù)的功能，充分發(fā)揮高爾夫虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐教學(xué)中的運用。

[1] 李學(xué)恒，裴晶晶.VR技術(shù)在體育教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦編程技巧與護(hù)理，2006(6)：107-108.

[2] 姜學(xué)智，李忠華.國內(nèi)外虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2004(23)：238-240.

[3] 董廣旭，譚敏敏.哈爾濱市室內(nèi)高爾夫模擬器應(yīng)用情況研究[J].當(dāng)代體育科技，2014(20)：181-183.

[4] 劉衡，馮婷.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的體育教學(xué)模式的實踐與思考[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2013(6)：649-652.

[5] 朱曉蘭，程鵬，劉丼.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的體育場景虛擬系統(tǒng)的研究[C]//中國體育科學(xué)學(xué)會運動生物力學(xué)分會.第十四屆全國運動生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會論文集.北京：中國體育科學(xué)學(xué)會運動生物力學(xué)分會，2010.

[6] 余千春，杜世全.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在體育教學(xué)中的應(yīng)用叨[J].安徽體育科技，2005(4)：115-117.

Research on Sports Teaching Practice Based on the Technology of VR—Taking Golf as an Example

LU Jie
（Department of Physical Education and Military， Zhejiang Financial College， Hangzhou 310018，Zhejiang China）

With the progress of modern technology, the virtual reality (VR) technology rapid develops, and gradually plays a role in the field of physical education, which expands the curing of the traditional sports teaching of the thought, the sports classroom teaching from the original single mode to diversified teaching mode, make teaching means more rich diversity, drastically increased the efficiency and quality of physical education class teaching. In this paper, applying VR technology and physical education teaching practice, use of golf simulation simulator and golf combination of classroom teaching in teaching practice, through the divide into classes teaching, comparison and analysis, and VR technology to improve physical education class teaching quality and learning effect of the role of and advantages are discussed.

VR technology; virtual-reality fusion; sports classroom; golf sports; teaching practice

G807

A

1004 - 7662(2016 )08- 0036- 04

2016-06-25

盧劼，講師，碩士，研究方向：體育教育學(xué)。